Asuntosprinklaus Suomessa

Transkriptio

1 VTT TIEDOTTEITA 2527 Jukka Vaari, Kati Tillander, Tuomo Rinne & Tuomas Paloposki Asuntosprinklaus Suomessa Vaikuttavuuden arviointi. Osa 2

2

3

4 VTT TIEDOTTEITA RESEARCH NOTES 2527 Asuntosprinklaus Suomessa Vaikuttavuuden arviointi Osa 2 Jukka Vaari, Kati Tillander, Tuomo Rinne & Tuomas Paloposki

5 ISBN (nid.) ISSN (nid.) ISBN (URL: ISSN (URL: Copyright VTT 21 JULKAISIJA UTGIVARE PUBLISHER VTT, Vuorimiehentie 5, PL 1, 244 VTT puh. vaihde , faksi VTT, Bergsmansvägen 5, PB 1, 244 VTT tel. växel , fax VTT Technical Research Centre of Finland, Vuorimiehentie 5, P.O. Box 1, FI-244 VTT, Finland phone internat , fax Toimitus Maini Manninen Edita Prima Oy, Helsinki 21 2

6 Jukka Vaari, Kati Tillander, Tuomo Rinne & Tuomas Paloposki. Asuntosprinklaus Suomessa. Vaikuttavuuden arviointi. Osa 2. Espoo 21. VTT Tiedotteita Research Notes s. Avainsanat fire hazards, fire safety, accident prevention, fire extinguishers, sprinkler systems, residential buildings, legislation, technical solutions, smoke detection, automatic extinguishers Tiivistelmä VTT:ssä on vuodesta 26 lähtien ollut meneillään asuntosprinklausta käsittelevä hankekokonaisuus, jonka päätavoitteena on arvioida, voidaanko palokuolemien ja loukkaantumisten määrää Suomessa vähentää merkittävästi asuntosprinklauksella. Hankkeen toisessa osassa toteutettiin mittava koesarja, jossa todennettiin paitsi tavanomaisten asuntosprinklerien suorituskyky, myös uudempaan sammutuslaitetekniikkaan, erityisesti vesisumuun, perustuvien järjestelmien suorituskyky henkilöturvallisuussovelluksissa. Toisessa osassa tarkasteltiin myös alustavasti asuntosprinklauksen kustannuslaskentaa. Koesarjaan osallistuneet sammutusjärjestelmät edustivat laajaa kirjoa vesipohjaisia sammutusjärjestelmiä. Mukana oli tavanomaisia asuntosprinklereitä, matalaja korkeapaineisia vesisumujärjestelmiä, liikuteltavia järjestelmiä, sekä järjestelmiä, joiden laukeaminen perustui tavanomaisten lasikapselien asemesta paloilmaisimiin. Osa sammutusjärjestelmistä oli tarkoitettu nimenomaan henkilösuojaukseen, kun taas osa oli suunniteltu suorituskyvyltään samantasoiseksi kuin OH1-sprinklerijärjestelmä. Yhteistä kaikille järjestelmille oli, että testitilassa oli asennettuna yksi ainoa suutin. Kaikki järjestelmät käyttivät sammutteena pelkkää vettä. Johtopäätökset sammutusjärjestelmien suorituskyvystä perustuivat kokeiden aikana suoritettuihin kaasun lämpötilan, kaasupitoisuuksien sekä savun tiheyden mittauksiin. Kustakin paloskenaariosta toteutettiin vertailun vuoksi myös ns. vapaapalo, jossa seurattiin miten palo etenee samoja palokuormia käyttäen tilanteessa, jossa tilaan ei ole asennettu sammutusjärjestelmää. Kokeissa kaikki sammutusjärjestelmät rajoittivat kaasulämpötiloja koetilassa niin alas, että tilan yleissyttyminen olisi käynyt mahdottomaksi, samoin palon leviäminen koetilan ulkopuolelle käytävään. Myös ihmiselle haitallisten kaasujen pitoisuudet rajoittuivat niin alas, että henkilöturvallisuus huoneessa ei vaarantunut, ja poistumiseen oli riittävästi aikaa. 3

7 Kustannuslaskennassa keskityttiin tarkastelemaan ainoastaan kustannuslaskelman yhtä osa-aluetta, kustannus-hyötysuhdetta. Tarkastelu on rajattu pientaloon, ja useat laskelman lähtöarvoista on valittu koko rakennuskantaa ja koko väestöä koskevien tunnuslukujen perusteella. Näin ollen tarkastelu ei erottele esimerkiksi sitä, minkä tyyppisellä alueella pientalo sijaitsee, millainen geometria rakennuksessa on, kuinka paljon ihmisiä rakennuksessa asuu tai mitkä ovat heidän mahdollisuutensa poistua palon sattuessa. Valituilla numeroarvoilla suoritettu analyysi osoittaa, että esimerkkitapauksessa pientalon varustaminen henkilösuojaukseen tarkoitetulla automaattisella sammutusjärjestelmällä ei ole kustannustehokasta, ellei sammutusjärjestelmien asennuskustannuksia saada merkittävästi pienennettyä. Laskelmaan tulee kuitenkin suhtautua esimerkinomaisena. Kokonaisvaltaisempi tulos voidaan saada laajentamalla tarkastelu koskemaan useita rakennustyyppejä ja valitsemaan laskelmien lähtöarvot vain näihin rakennuksiin ja niissä asuviin ihmisiin perustuen. Samoin tarkastelu tulisi laajentaa käsittämään laadulliset vaikutukset. 4

8 Alkusanat Tämä julkaisu on tutkimushankkeen Asuntosprinklaus Suomessa vaikuttavuuden arviointi toisen vaiheen loppuraportti. Tutkimusta ovat rahoittaneet Palosuojelurahasto, sisäasiainministeriö, VTT, Firecon Group Oy, Uponor Suomi Oy, Provacuum Oy, Softonex Oy Ltd, Marioff Corporation Oy, YH Länsi Oy, Suomen sprinkleriliikkeiden yhdistys ja Sprinkleritekninen yhdistys. Lisäksi asiantuntijapanoksellaan ovat olleet mukana Pelastusopisto sekä Tampereen aluepelastuslaitos. Nämä tahot ovat myös osallistuneet projektin johtoryhmän työskentelyyn. Kiitämme johtoryhmää tuesta ja kannustuksesta projektin läpiviemiseksi sekä ideoista ja ehdotuksista hankekokonaisuuden eteenpäin viemiseksi. Espoossa maaliskuussa 21 Tekijät 5

9 Sisällysluettelo Tiivistelmä... 3 Alkusanat... 5 Osa A: Sammutusjärjestelmien suorituskyky asuntopaloissa. Laboratoriokokeet tammikuussa Johdanto Koejärjestelyt Koetilan geometria ja rakenteet Palokuormat ja paloskenaariot Paloskenaarioiden valinta Nurkka Sohva Keittiö Materiaalit Mittaukset ja havainnointi Lämpötilat Kaasukoostumukset ja FED-arvot Näkyvyys Sammutusveden paine ja virtaama Videointi Sammutusjärjestelmät Yleistä Seinään asennettava asuntosprinkleri (F1) Matalapaineinen vesisumujärjestelmä (F2) Korkeapaineiset vesisumujärjestelmät Liikuteltava sammutusjärjestelmä (Q1) Kattoon asennettavat asuntosprinklerit Kokeiden suoritus Tulokset Tulosten esitystapa Lämpötilat Nurkkapalokoe Keittiöpalokoe Sohvapalokoe Kaasupitoisuudet Kaasupitoisuuksista lasketut FED-arvot Nurkkapalokokeet Keittiöpalokokeet Sohvapalokokeet Näkyvyys

10 3.5.1 Nurkkapalokokeet Keittiöpalokokeet Paineet ja virtaamat Taulukoidut tulokset Tulosten arviointi Koemenetelmä Sammutusjärjestelmien suorituskyky Asennuskriteerit Johtopäätökset... 6 Lähdeluettelo Liite A: Polttokokeissa mitatut lämpötilat Liite B: Polttokokeiden kaasupitoisuudet Liite C: CO-kertymäarvot Liite D: Polttokokeiden FED-arvot Liite E: Näkyvyys ja vaimennuskerroin Liite F: Valokuvia polttokokeista ennen sammutusjärjestelmän aktivoitumista

11 Osa B: Asuntosprinklauksen kustannus-hyötyanalyysi. Esimerkkinä pientalo Johdanto Kustannus-hyötylaskennan periaatteelliset lähtökohdat Mittapuun valinta: raha ratkaisee Kertakustannukset ja toistuvat kustannukset Varmat kustannukset ja epävarmat kustannukset Tulevaisuuden arvottaminen ja diskonttaus Maksajan näkökulma: yksittäinen ihminen vai yhteiskunta? Tarkastelun laajuus: yksi asunto vai kaikki rakennukset? Aiempien kustannus-hyötylaskelmien vertailu Tarkasteltavat laskelmat Vertailukelpoisuuden saavuttaminen Ajalliset erot Paikalliset erot Menetelmälliset erot Laskelmissa tarkastellut kustannukset ja hyödyt Yhteenveto Sammutusjärjestelmän ja vesilähteen suunnittelu, hankinta ja asennus Sammutusjärjestelmän tarkastukset ja huollot Palokuolemat sprinklaamattomissa rakennuksissa Palokuolemien vähentyminen sprinklauksen seurauksena Loukkaantumiset sprinklaamattomissa rakennuksissa Loukkaantumisten vähentyminen sprinklauksen seurauksena Omaisuusvahingot sprinklaamattomissa rakennuksissa Omaisuusvahinkojen vähentyminen sprinklauksen seurauksena Palovakuutuksen hallinnointikulut ja sprinklauksen tuoma säästöpotentiaali Palokuntien kustannukset ja sprinklauksen tuoma säästöpotentiaali Aiempien kustannus-hyötyanalyysien tulokset Asuntosprinklauksen kannattavuus Suomessa Laskelman 1 lähtöarvot Laskelman 2 lähtöarvot Johtopäätökset Lähdeluettelo

12 Osa A: Sammutusjärjestelmien suorituskyky asuntopaloissa. Laboratoriokokeet tammikuussa 29

13 1. Johdanto 1. Johdanto VTT:sä on vuodesta 26 lähtien ollut meneillään asuntosprinklausta käsittelevä hankekokonaisuus, jonka tavoitteena on arvioida, voidaanko palokuolemien ja loukkaantumisten määrää Suomessa vähentää merkittävästi asuntosprinklauksella, selvittää mitkä ovat sprinklauksen kustannukset ja toisaalta vaikutus tulipaloista aiheutuviin omaisuusvahinkoihin, sekä arvioida ovatko nyt käytetyt mitoitusperusteet kokemusten valossa oikeita vai pitäisikö niitä mahdollisesti muuttaa. Hankkeen ensimmäisessä osassa (Rinne et al. 28) pyrittiin keräämään tilastotietoja Suomen tulipalotapauksista asuinrakennuksissa, joissa oli sprinklerilaitteisto. Osoittautui, että tällaista tietoa on saatavana hyvin rajatusti, jolloin lähdettiin pohtimaan muita mahdollisia keinoja asuntosprinklauksen vaikuttavuuden mittaamiseksi. Esille nousi tällöin mahdollisuus käyttää hyväksi palonsimuloinnin työkaluja. Näiden työkalujen validointi kuitenkin edellyttää julkisesti saatavilla olevaa dataa sprinklerijärjestelmien toiminnasta henkilöturvallisuussovelluksissa. Julkisesti saatavilla olevan koedatan luomiseksi päätettiin hankkeen toisessa osassa toteuttaa mittava koesarja, jossa todennettaisiin paitsi tavanomaisten asuntosprinklerien suorituskyky, myös uudempaan sammutuslaitetekniikkaan, erityisesti vesisumuun, perustuvien järjestelmien suorituskyky henkilöturvallisuussovelluksissa. Suomessa yleisesti käytetty sprinklerilaitteistojen suunnitteluohje CEA41 määrittelee liitteessä O tällaisiksi sovelluksiksi asuinrakennukset (erillistalot, pientalot, rivitalot, kerrostalot, vapaaajan asunnot) erityisryhmien asuinrakennukset (erityisasunnot, palveluasunnot, senioriasunnot, hoitokodit) pienet majoitustilat, paikkaluku enintään 5 pienet hoitolaitokset, paikkaluku enintään

14 1. Johdanto Suunnitteluohje ei lue henkilöturvallisuussovelluksiksi hotelleita, vankiloita eikä sairaaloita. Tavanomaisten asuntosprinklerien sammutusteho testataan tavallisimmin standardin UL1626 sisältämän palokokeen mukaan, jossa paloskenaariona on pehmustettujen huonekalujen muodostaman ryhmän syttyminen huoneen nurkassa. Tämä johtaa nopeasti pystysuunnassa leviävään paloon, jonka tehokkaaksi hallitsemiseksi asuntosprinklerin on kyettävä kastelemaan huoneen seiniä riittävän tehokkaasti aina,7 m päähän katon rajasta. Palokokeesta on muunnelma vesisumujärjestelmille standardissa UL2167. Tässä julkaisussa kuvattu koejärjestely pohjautuu kuitenkin Norjassa vuonna 26 julkaistuun asuntosprinklausjärjestelmiä koskevaan tutkimusraporttiin (Drangsholt & Rossebø 26). Raportissa kuvataan kokeita, joissa käytettiin kolmea erilaista paloskenaariota. Näistä yksi oli menetelmän UL 1626 sisältämää palotestiä mukaileva nurkkapaloskenaario, yksi oli laivojen asuintiloihin tarkoitettujen sammutusjärjestelmien testauksessa (menetelmä IMO MSC RES.265(84)) käytettävää sohvapaloa mukaileva paloskenaario ja yksi oli norjalaisten itsensä kehittämä keittiöpaloskenaario. Norjalaisten tekemien kokeiden pohjalta on sittemmin kehitetty ehdotus helposti asennettavien sammutusjärjestelmien hyväksymiskoestandardiksi (DSB & Räddningsverket 27). Useamman kuin yhden paloskenaarion käyttäminen VTT:n koesarjassa katsottiin tutkimuksellisista syistä perustelluksi. Lisäksi haluttiin arvioida menetelmän sisältämää vaatimusta koetilassa mitatuille kaasupitoisuuksille (erityisesti hiilimonoksidi). 12

15 2. Koejärjestelyt 2. Koejärjestelyt 2.1 Koetilan geometria ja rakenteet Kokeita varten VTT:n sammutushalliin rakennettiin kipsilevyrakenteinen koetila. Kaaviokuva koetilasta on esitetty kuvassa 1. Kokeet suoritettiin huoneessa (4,8 m 4,8 m), josta johti oviaukko (,9 m 2,1 m) käytävätilaan (leveys 2, m, pituus 8, m). Kuten kuvasta 1 nähdään, käytävän vasen pää oli suljettu ja oikea pää avoin. Koetilan korkeus oli 2,5 m. Koehuoneen katto oli villoitettu ja käytävän katto oli peltiä. 4.8 m 4.8 m 2. m 2. m 8. m Kuva 1. Kaaviokuva koetilasta. 13

16 2. Koejärjestelyt 2.2 Palokuormat ja paloskenaariot Paloskenaarioiden valinta Norjassa on vuonna 26 julkaistu asuntosprinklausjärjestelmiä koskeva tutkimusraportti (Drangsholt & Rossebø 26). Raportissa kuvataan kokeita, joissa käytettiin kolmea erilaista paloskenaariota. Näistä yksi oli menetelmän UL 1626 sisältämää palotestiä mukaileva nurkkapaloskenaario, yksi oli laivojen asuintiloihin tarkoitettujen sammutusjärjestelmien testauksessa (menetelmä IMO MSC RES.265(84)) käytettävää sohvapaloa mukaileva paloskenaario ja yksi oli norjalaisten itsensä kehittämä keittiöpaloskenaario. Sohvapalo on varsin läheistä sukua nurkkapalolle, erona on lähinnä se, että sohvapalossa sammutusvesi pääsee esteettä jäähdyttämään paloa. Keittiöpalo haluttiin kehittää esimerkiksi hitaasti kehittyvästä palosta, joka alkuvaiheessaan tuottaa runsaasti savua mutta vain rajoitetusti lämpöä. Palo syttyy ruokaöljystä, joka jätetään liedelle kuumentumaan, ja leviää sitten lieden yläpuolella olevaan puiseen keittiökaapistoon. Myös keittiöpalossa palokohde on osittain katveessa ja siten hankala sammutettava; merkittävä osa palamisesta tapahtuu keittiökaapiston sisällä. Norjalaisten tekemien kokeiden pohjalta on sittemmin kehitetty ehdotus helposti asennettavien sammutusjärjestelmien hyväksymiskoestandardiksi (DSB & Räddningsverket 27). Tässä tehdyissä kokeissa mukailtiin norjalaisten raportissa kuvattuja koejärjestelyjä. Joitakin muutoksia tehtiin esim. materiaalivalintojen osalta. Tärkein muutos koski koetilan kattoa, jota ei pinnoitettu palavalla materiaalilla. Lisäksi haluttiin tarkastella palon syttymismahdollisuuksia sekä syntyviä olosuhteita syttymishuoneen ulkopuolella, joten koetilan oviaukon eteen rakennettiin käytävätila. Kokeissa käytettyjen palokuormien sijoittelu näkyy kuvassa 2. 14

17 2. Koejärjestelyt NURKKA KEITTIÖ SOHVA Kuva 2. Kokeissa palokuormina käytetty nurkka, sohva ja keittiökaapisto sijoitettuna kaaviokuvaan Nurkka Palokuorman sijoittelu Nurkkakoe vastaa standardin UL 1626 mukaista koetta, jossa paloskenaariona on pehmustettujen huonekalujen muodostaman ryhmän syttyminen huoneen nurkassa. Pehmustettuja huonekaluja jäljitellään kokeessa asetelmalla, joka koostuu heptaanilla täytetystä altaasta, puutapulista sekä kahdesta vaahtomuovilevystä. Lisäksi huoneen seinät on päällystetty vanerilla 1,2 m etäisyydelle nurkasta (kuva 3). Asetelma tarjoaa mahdollisuuden jäljitellä esim. sohvan ja nojatuolin muodostaman ryhmän palamista hallitusti ja helposti toistettavissa olevalla tavalla. Palokuorma sijoitettiin koehuoneen ovelta katsottuna oikeaan nurkkaan. Aivan huoneen nurkkaan sijoitettiin heptaaniallas (3 3 1 mm), 5 mm:n etäisyydelle molemmista seinistä. Ennen koetta altaaseen kaadettiin,25 l heptaania sekä,5 l vettä. Heptaanialtaan päälle asetettiin puutapuli, joka koostui neljästä kerroksesta 4 4 mm:n kuusipuuta (pituus 35 mm). Puut kuivattiin uunissa ennen kokeita kosteusprosentin tasaamiseksi. Vaahtomuovilevyt valmistettiin 15

18 2. Koejärjestelyt liimaamalla 12 mm paksuun vanerilevyyn (leveys 84 mm, korkeus 79 mm) 1 mm paksu vaahtomuovikappale (leveys 81 mm, korkeus 76 mm). Vaahtomuovin reunan etäisyys vanerin reunasta oli 3 mm alareunassa ja 15 mm muissa reunoissa. Vaahtomuovilevyt asetettiin kuvan 3 mukaisesti heptaanialtaan molemmille puolille 1 mm:n etäisyydelle nurkkaseinistä. Molempien vaahtomuovilevyjen etureunojen alle sijoitettiin heptaaniin kastetut puuvillalangat (pituus 15 mm). Huoneen seinät päällystettiin 4 mm paksulla vanerilla 1 2 mm:n etäisyydelle nurkasta. Huoneen katto oli villoitettu. Sytytys Koe aloitettiin sytyttämällä vaahtomuovilevyjen etureunojen alle sijoitetut heptaaniin kastetut puuvillalangat sekä heptaaniallas. Nurkkapalo on tyypillisesti varsin raju. Lämmönkehitys on voimakasta ja jos sammutukseen ei ryhdytä, palo kasvaa nopeasti pystysuunnassa pitkin seinien vanerilevyjä ja päätyy lieskahdukseen muutamassa minuutissa. Nurkkapalo on myös sammutuksen kannalta hankala, sillä palokuormana olevat vaahtomuovilevyt ovat sammutuksen kannalta katveessa; sammutusveden jäähdyttävä vaikutus tulee pakostakin olemaan epäsuora. Kuva 3. Palokuorman sijoittelu nurkkakokeessa. 16

19 2. Koejärjestelyt Sohva Kokeessa käytetty sohva on sama kuin menetelmässä IMO MSC RES.265(84). Sohva sijoitettiin koehuoneen ovelta katsottuna vasemmalle siten, että sohvan keskikohta oli seinän keskikohdassa (kuva 4). Sohvan yläreunan etäisyys seinästä oli 25 mm. Sohva oli metallirunkoinen, sen istuinosa oli kooltaan 7 2 mm ja selkänojaosa mm. Metallirungon päälle asetettiin kaksi puuvillapäällysteistä patjaa, joita ei kiinnitetty toisiinsa tai sohvarunkoon. Sohvan takana olevaan seinään kiinnitettiin mm vanerilevyä (paksuus 4 mm). Kuva 4. Palokuorman sijoittelu sohvakokeessa. Sytytys Leveyssuunnassa keskelle sohvaa (selkänojan ja istuintyynyn kulmaan) asetettiin huokoisista kuitulevyistä kasattu pino (mitat 6 cm 6 cm 7,5 cm), joka kasteltiin heptaanilla. Koe käynnistettiin sytyttämällä kuitulevypino palamaan. 17

20 2. Koejärjestelyt Keittiö Palokuorma Keittiön palokuormana käytettiin vanerista rakennettua keittiökaapistoa. Kaapisto asennettiin koehuoneen ovelta katsottuna keskelle huoneen takaseinää (kuva 5). Kaappien rungot olivat 12 mm:n ja takalevyt 4 mm:n vaneria. Kaapisto koostui kolmesta alakaapista (6 6 7 mm) ja kolmesta yläkaapista (6 3 7 mm). Alakaapit asetettiin 2 mm korkean puusta rakennetun sokkelin päälle. Ala- ja yläkaappien välinen etäisyys oli 5 mm. Välitilan takaseinään kiinnitettiin 4 mm:n vaneri. Keskimmäisen alakaapin päälle ja etureunaan taitettiin n. 6 mm:n levyinen pelti kuvan 5 mukaisesti. Kaappien ovet olivat 12 mm:n vaneria ja keskimmäistä yläkaappia lukuun ottamatta kaappien ovet olivat kiinni. Keskimmäinen yläkaappi poikkesi muista yläkaapeista siten, että sen alapuoli oli etureunastaan 15 mm auki eli kaapissa oli vain puolikas pohjalevy syvyyssuuntaan. Lisäksi kaapin ovi oli noin 2 mm raollaan. Kuva 5. Palokuorman sijoittelu keittiökokeessa. 18

21 2. Koejärjestelyt Sytytys Keittiön alakaapiston keskikohtaan sijoitettiin tiilien päälle paistinpannu (halkaisija n. 25 cm, syvyys n. 55 mm), johon kaadettiin,5 l rypsiöljyä. Pannun yläreunan etäisyys yläkaapin alareunasta oli n. 3 mm. Rypsiöljyä kuumennettiin pannun alle sijoitetulla kaasupolttimella. Poltin sijoitettiin alakaapin sisälle siten, että polttimen yläreuna sijaitsi alakaapin kannen tasolla, pannun keskikohdassa. Palo sytytettiin kuumentamalla öljy syttymispisteeseen. Poltin poistettiin n. 1 min öljyn syttymisen jälkeen ja palon annettiin levitä vapaasti yläkaappeihin. 2.3 Materiaalit Vaahtomuovipatjat Kokeissa käytetty palotestipatja oli palosuojaamatonta puuvillakankaalla päällystettyä polyuretaanivaahtoa. Patjat toimitti Carpenter Sweden AB, ja ne olivat laatua RP Menetelmä IMO MSC RES.265(84) asettaa puuvillakankaalle ainoastaan vaatimuksen pinta-alamassasta, jonka tulee olla välillä g/m 2. Polyuretaanivaahdolle menetelmä sen sijaan asettaa useampia vaatimuksia. Näiden täyttymistä tutkittiin ottamalla kokeissa käytetystä patjaerästä kolme näytettä ja suorittamalla näille standardin ISO mukaiset kartiokalorimetrikokeet säteilytasolla 35 kw/m 2. Taulukkoon 1 kootuista tuloksista havaitaan, että syttymisaika, 3 minuutin lämmöntuoton keskiarvo sekä kokonaislämmöntuotto ovat menetelmän hyväksymisrajojen sisäpuolella, mutta tehollinen palamislämpö hieman alarajan alapuolella. Säteilytason nosto arvoon 5 kw/m 2 ei mainittavasti vaikuta tuloksiin. 19

22 2. Koejärjestelyt Taulukko 1. Polyuretaanivaahtonäytteille suoritettujen kartiokalorimetrikokeiden tuloksia. Säteilytaso 35 kw/m 2 : Syttymisaika Tehollinen lämpöarvo [s] [kw/m 2 ] [MJ/kg] [MJ/m 2 ] Tulos Vaahto Vaahto Vaahto Keskiarvo: Kriteeri Minimi: Säteilytaso 5 kw/m 2 : Maksimi: min lämmöntuotto Kokonaislämmöntuotto Syttymisaika Tehollinen lämpöarvo 3 min lämmöntuotto Kokonaislämmöntuotto [s] [kw/m 2 ] [MJ/kg] [MJ/m 2 ] Tulokset Vaahto Vaahto Vaahto Keskiarvo: Vanerit Kokeissa käytetyt vanerit toimitti VTT:lle Puukeskus Oy. Näille on VTT:llä suoritettu menetelmän IMO Res.A.653(16) mukaiset liekinleviämiskokeet, joiden tulokset on esitetty taulukoissa 2 ja 3. Taulukko 2. 4 mm:n koivuvanerille suoritettujen liekinleviämiskokeiden tuloksia. CFE = kriittinen lämpövuo liekin sammuessa. Q sb = lämpöarvo jatkuvassa palamisessa. Q t = kokonaislämmöntuotto. Q p = palotehon huippuarvo. CFE kw/m 2 Q sb MJ/m 2 Q t MJ Q p kw Näyte Näyte Näyte Keskiarvo

23 2. Koejärjestelyt Syttymisajat tutkituille näytteille olivat 32 s, 35 s ja 35 s. Liekin leviämisajat 35 mm etäisyydelle sytytyskohdasta olivat 81 s, 81 s ja 83 s. Taulukko mm:n kuusivanerille suoritettujen liekinleviämiskokeiden tuloksia. CFE = kriittinen lämpövuo liekin sammuessa. Q sb = lämpöarvo jatkuvassa palamisessa. Q t = kokonaislämmöntuotto. Q p = palotehon huippuarvo. CFE kw/m 2 Q sb MJ/m 2 Q t MJ Q p kw Näyte Näyte Näyte Keskiarvo Syttymisajat tutkituille näytteille olivat 22 s, 25 s ja 28 s. Liekin leviämisajat 35 mm:n etäisyydelle sytytyskohdasta olivat 83 s, 92 s ja 81 s. Heptaani Kokeissa käytetty heptaani oli teollista liuotinta LIAV11, toimittajana Neste Oil Oyj. Kattovilla Koehuoneen katto oli päällystetty 13 mm paksulla eristelevyllä (ISOVER VKL-13), joka on palo-ominaisuuksiltaan luokkaa A2-s1,d ja jonka lämmönjohtavuus on,32 W/(m K). 2.4 Mittaukset ja havainnointi Lämpötilat Koehuoneistossa oli yhteensä 23 lämpötilanmittauspistettä. Mittauspisteiden sijainnit on esitetty kuvassa 6 ja taulukossa 4. Kahdeksan mittauspistettä oli norjalaisen koeraportin (Drangsholt & Rossebø 26) ja ehdotetun hyväksymiskoestandardin (DSB & Räddningsverket 27) mukaisesti sijoitettu kahteen koehuoneen sisällä sijaitsevaan termoelementtipuuhun (TE9-TE12 ja TE13-TE16) 21

24 2. Koejärjestelyt neljälle eri korkeudelle (,6 m, 1,2 m, 1,8 m ja 2,4 m). Termoelementtipuiden lisäksi mittauspisteitä sijoitettiin palokuormien yläpuolelle (T1-T4) sekä kaasuja oviaukkovirtausmittausten yhteyteen (T5-T7). Suuttimen läheisyydessä sijainnut lämpötilanmittauspiste (TE8) liikkui huoneessa sen mukaan, mihin suutin kussakin kokeessa oli asennettu. Tämän lisäksi myös käytävätilaan sijoitettiin yksi termoelementtipuu (T17-T2) sekä mittauspisteet lähelle kattoa (T21-T23). y (surf) (gas) x Kuva 6. Lämpötilojen mittauspisteet. 22

25 2. Koejärjestelyt Taulukko 4. Lämpötilamittauspisteiden sijainti kuvassa 6. Sijainti (x,y) [m, m] Korkeus [m] Kuvaus mittauspisteen paikasta T1 4.7, Mittauspiste kattovillan sisällä. T2 4.7, Nurkan yläpuolella. T3 2.4, Keittiökaapiston yläpuolella. T4.2, Sohvan yläpuolella. T5 4.6, Kaasumittauspisteen lämpötila. T6 2.4,..3 Oviaukkovirtausmittauspisteen lämpötila. T7 2.4,. 1.8 Oviaukkovirtausmittauspisteen lämpötila. T8 liikkuva liikkuva Lämpötila suuttimen kohdalla. T9 2.4, T1 2.4, T11 2.4, T12 2.4, T13 2.4, T14 2.4, T15 2.4, T16 2.4, T17 5., T18 5., T19 5., T2 5., TE-puu huoneen sisällä. TE-puu huoneen sisällä. TE-puu käytävässä. T21 1., Käytävän päätyosassa. T22 2.4, Oviaukon edessä. T23 3.6, TE-puun ja oven välissä. 23

26 2. Koejärjestelyt Kaasukoostumukset ja FED-arvot Mittauskohdat ja mittauslaitteet Lämpötilamittausten lisäksi sekä koehuoneesta että käytävätilasta mitattiin kaasupitoisuuksia palon aikana. Kaasunäytteet otettiin mittauspisteestä T5 (kuva 6 ja taulukko 4) korkeuksilta,6 m sekä 1,8 m sekä käytävästä, termoelementtipuun T17-T2 kohdalta korkeudelta 1,8 m (taulukko 5). Näytteenottoputket tuotiin koetilaan ja käytävään seinän läpi siten, että ne olivat n. 2 cm:n etäisyydellä seinästä. Kaikista pisteistä mitattiin happi-, hiilidioksidi- ja hiilimonoksidipitoisuudet, minkä lisäksi käytävästä ja koehuoneesta alemmalta tasolta (h =,6 m) mitattiin myös syaanivetypitoisuus. Koehuoneesta 1,8 m:n korkeudelta tehdyissä mittauksissa analysaattorin mittausalueen yläraja oli 5 ppm. Käytävältä ja koehuoneesta,6 m:n korkeudelta tehdyissä mittauksissa analysaattorin mittausalueen yläraja oli 1 ppm. Syaanivetypitoisuuden mittauksessa analysaattorin mittausalueen yläraja oli 5 ppm. Taulukko 5. Kaasumittauspisteiden sijainti. Sijainti (x,y) [m, m] Korkeus [m] Kuvaus mittauspisteen paikasta 4,6, 2,4,6 Koehuoneen alempi kaasumittauspiste. 4,6, 2,4 1,8 Koehuoneen ylempi kaasumittauspiste. 5,,,2 1,8 Käytävän kaasumittauspiste. Mittaustulosten käyttö FED-arvojen laskentaan Tulipaloissa vapautuvista myrkyllisistä aineista osa on tukahduttavia ja osa ärsyttäviä aineita. Paloissa syntyviä kaasumaisia tukahduttavia myrkyllisiä aineita ovat mm. hiilimonoksidi ja syaanivety. Tukahduttavien myrkyllisten kaasumaisten palamistuotteiden vaikutusta ihmiseen voidaan arvioida esim. FED-mallilla (fractional effective dose), jossa määritetään erikseen kunkin tukahduttavan kaasuyhdisteen vaikuttava annossuhde (FED-arvo) tarkasteluajankohtana. 24

27 2. Koejärjestelyt FED-malli yksinkertaisimmassa muodossaan esitetään seuraavasti (ISO 13571:27): n t2 Ci FED arvo = Δt, ( C t (1) i=1 t ) 1 missä C i = tukahduttavan kaasun i keskimääräinen pitoisuus valitulla aikavälillä [ μl/l] (tai [ppm]), Δt = valittu aikaväli [min], (C t) i = kaasulle i ominainen lamaantumista aiheuttava altistus [μl/l min] (tai [ppm min]). Laajennetussa muodossa FED-arvon lauseke (2) CO 2 -, CO- ja HCN-yhdisteille voidaan kirjoittaa seuraavasti (ISO 13571:27): ϕ FED = 35 exp ( ϕ / 43) i t2 CO t2 HCN Δt + Δt ν t t CO, 2 (2) missä ϕ CO [ppm] ja ϕ HCN [ppm] ovat hiilidimonoksidin ja syaanivedyn keskimääräiset pitoisuudet aikavälillä Δt [min]. Hiilidioksidin hengitystä kiihdyttävä vaikutus otetaan huomioon tekijällä ν CO2, joka voidaan esittää yhtälön (3) avulla, 1, kun ϕco2 2 % ν CO = 2 ϕ, (3) CO2 exp, kun ϕco2 > 2 % 5 missä ϕ CO2 [%] on hiilidioksidin pitoisuus. Happipitoisuuden alenema otetaan huomioon FED-arvossa vasta, kun happipitoisuus on alle 13 %. Eri kaasuyhdisteiden samana ajankohtana määritettyjen FED-arvojen summaa verrataan annettuun kokonais-fed-raja-arvoon. Mikäli yhteenlaskettu FED-arvo on suurempi kuin FED-raja-arvo, ei kaasuille altistuneiden henkilöiden poistumista voida enää pitää turvallisena (Weckman 24). Asetettaessa kriteerejä henkilöturvallisuuden ja henkilöiden poistumisedellytysten suhteen on otettava huomioon, että eri ihmisten reaktiot tietylle kertyneelle FED-arvolle ovat tilastollisesti jakautuneita. Tällä hetkellä tämän jakauman muoto ei ole yksiselitteisesti tunnettu. Standardin ISO 13571:27 mukaisesti jakauma oletetaan lognormaaliksi mediaaniarvolla 1,, joka kuvaa tasoa, jolla puolet altistuneista henkilöistä kärsii poistumista haittaavista vaikutuksista. Toinen esitetty FED raja-arvo on,3, jonka on arvioitu vastaavan tilannetta, jossa 11,4 % altistuneista henkilöistä kärsii poistumista haittaavista vaikutuksista. Standardin ISO 13571:27 mukaan ei ole olemassa tasoa, joka olisi tilastollisesti arvioituna turvallinen kaikille altistuneille henkilöille. 25

28 2. Koejärjestelyt Näkyvyys Näkyvyyden määrittämiseen käytettiin savun tiheyden mittaamiseen tarkoitettua MIREX V3.2 -laitetta (kuva 7). Mittari mittaa valon vaimenemista 2 m:n matkalla (infrapuna-aallonpituudella 8 95 nm). Näkyvyys V [m] määritetään kaavasta c V =, (4) k missä k = vaimennuskerroin [1/m] ja c = vakio, joka saa arvon 8 valoa lähettävälle objektille ja arvon 3 valoa heijastavalle objektille. Vaimennuskerroin k [1/m] saadaan kaavasta 1 I k = ln, (5) d I s missä d = etäisyys valon lähettimen ja vastaanottimen välillä [m], I = valon intensiteetti normaalitilanteessa [cd] ja I s = valon intensiteetti savussa [cd]. Valonläpäisevyys T on valon intensiteettien I ja I s suhde I s T =, (6) I Savun tiheysmittarin tuottama mittausjännite on verrannollinen valonläpäisevyyteen T, jota käyttäen näkyvyys määritettiin kaavoista (4) (5). Kuva 7. Savuntiheysmittari MIREX V

29 2. Koejärjestelyt Sammutusveden paine ja virtaama Sammutusveden paine mitattiin käyttäen kapasitiivista paineanturia, joka asennettiin vesilinjaan mahdollisimman lähelle sammutussuutinta, välittömästi palotilan ulkopuolelle. Painehäviötä anturin ja suuttimen välillä voidaan tällöin pitää merkityksettömänä. Painetta ei kuitenkaan mitattu Q-fog-järjestelmän tapauksessa, koska anturin asentaminen järjestelmään ei ollut mahdollista. Järjestelmän suutinpaineena tässä raportissa käytetään valmistajan ilmoittamaa arvoa 125 bar. Sammutusveden virtaama mitattiin käyttäen induktiivista virtausmittaria. Korkeapaineisten vesisumujärjestelmien tapauksessa virtausmittari kytkettiin pumpun imupuolelle, matalapaineisen vesisumujärjestelmän tapauksessa painepuolelle. Virtaamaa ei mitattu säiliöllisen Q-fog-järjestelmän tapauksessa. Keskimääräinen virtaama saadaan kuitenkin säiliön tilavuuden ja purkausajan avulla Videointi Kaikkien kokeiden aikana videoitiin tapahtumia sekä koehuoneessa että koehuoneen ulkopuolisessa käytävässä. Nurkkakokeessa kamerat sijoitettiin pisteisiin 1, 2 ja 4, keittiökokeessa pisteisiin 1, 2 ja 3 sekä sohvakokeessa pisteisiin 1 ja 3 (kuva 8) Kuva 8. Videokameroiden sijainnit kokeiden aikana. 27

30 2. Koejärjestelyt 2.5 Sammutusjärjestelmät Yleistä Kokeisiin osallistuneet sammutusjärjestelmät (8 kpl) edustivat varsin laajaa kirjoa vesipohjaisia sammutusjärjestelmiä. Mukana oli tavanomaisia asuntosprinklerijärjestelmiä (joiden suuttimet olivat standardikomponentteja), matalaja korkeapaineisia vesisumujärjestelmiä, liikuteltavia järjestelmiä sekä järjestelmiä, joiden laukeaminen perustui tavanomaisten lasikapselien asemesta paloilmaisimiin. Osa sammutusjärjestelmistä oli tarkoitettu nimenomaan henkilösuojaukseen, kun taas osa oli suunniteltu suorituskyvyltään samantasoiseksi kuin OH1-sprinklerijärjestelmä. Yhteistä kaikille järjestelmille oli, että testitilassa oli asennettuna yksi ainoa suutin. Suuttimen asennuspaikka ilmenee kuvasta 9. Kaikki järjestelmät käyttivät sammutteena pelkkää vesijohtoverkosta saatavaa vettä..8 m P1, P2, U1, U1_nak, U2 2 m 2.4 m F1 Q1 F2 Kuva 9. Sammutussuutinten asettelu koetilassa. Järjestelmän F2 tapauksessa koetilan yhtä seinää siirrettiin,8 m sisäänpäin. 28

31 2. Koejärjestelyt Seinään asennettava asuntosprinkleri (F1) Firecon Group Oy toimitti kokeisiin tavanomaiseen seinään asennettavaan asuntosprinkleriin perustuvan järjestelmän (järjestelmä F1). Järjestelmän F1 suuttimena oli Tyco Fire&Building Productsin valmistama LFII-suutin (tuotenumero TY1334). Suutin on testattu menetelmän UL1626 mukaisesti siten, että suojausalan ollessa suurempi kuin 4,3 m 4,3 m (18,5 m 2 ) mutta pienempi kuin 4,9 m 4,9 m (24 m 2 ) ja hajottajalevyn yläosan ja katon välisen etäisyyden ollessa 1 15 mm vesivuon tulee olla vähintään 2,6 l/min/m 2. Suuttimen K-arvo on 6,6 l/min/bar 1/2, jolloin minimivesivuota vastaava suutinpaine on 1, bar, ja virtaama suutinta kohti 6,6 l/min. Kokeissa suutin oli asennettu oviaukon keskikohdan yläpuolelle siten, että hajottajalevyn yläosan ja katon välinen etäisyys oli 15 mm. Vesi tuotiin kahden tuuman paloletkua myöten suoraan sammutushallin vesijohtoverkosta koetilan oven ulkopuolella sijainneeseen nousuputkeen. Virtaama ja paine säädettiin käsikäyttöisellä säätöventtiilillä Matalapaineinen vesisumujärjestelmä (F2) Firecon Group Oy toimitti kokeisiin tavanomaiseen seinään asennettavaan asuntosprinkleriin perustuvan järjestelmän (järjestelmä F2). Järjestelmään sisältyi vesisumusuutin, putkisto sekä paineenkorotuspumppu. Järjestelmän F2 suuttimena oli Minimax GmbH:n valmistama suutin, malliltaan MX3-P1/2 -K14-68 C. Suuttimella on saksalaisen VdS:n myöntämä tyyppihyväksyntä LH- ja OH1-sprinkleriluokan kohteisiin (Approval no S4613). Valmistajan ilmoittama K-arvo suuttimelle on 13,5 l/min/bar 1/2. Minimipaine suuttimella on 5 bar, jolloin minimivirtaama suutinta kohti on 3,2 l/min. Maksimisuutinväli on 5 m kattokorkeudella 4, m (suojausala 16 m 2 ). Suutin on varustettu nopeatoimisella 3 mm:n lasiampullilla, joka laukeaa 68 C:n lämpötilassa. Kokeessa suutin asennettiin siten, että kohtisuora etäisyys kolmeen seinään oli 2 m ja kohtisuora etäisyys neljänteen seinään 2,8 m (ks. kuva 9). Tätä varten seinää, jolla sohvapalokuorma sijaitsi, siirrettiin,8 m sisäänpäin. Näin saatiin aikaan tilanne, jossa kaikki kolme palokuormaa sijaitsivat suuttimen suojausalalla. Huoneen kokonaispinta-ala oli 19,2 m 2, ts. suurempi kuin yhden suuttimen suojausala VdS-hyväksynnässä. Todettakoon vielä, että koetilan korkeus 2,5 m oli puolet suuttimen maksimiasennuskorkeudesta. 29

32 2. Koejärjestelyt Kokeissa järjestelmää ajettiin siten, että ennen sytytystä vesilinjaan ajettiin valmiustilan paine (standby-paine), joka oli sama kuin sammutushallin vesijohtoverkon paine (n. 4 bar). Suuttimen lasiampullin rikkoutuminen havaittiin silmämääräisesti, jonka jälkeen paineenkorotuspumppu käynnistettiin. Virtausmittari oli kytketty vesilinjaan painepuolelle, käsikäyttöisen säätö- ja ohivirtausventtiilin jälkeen Korkeapaineiset vesisumujärjestelmät Provacuum Oy toimitti kokeisiin kaksi korkeapaineiseen vesisumuun perustuvaa järjestelmää, joista toinen (P1) käytti lasiampullilla varustettua sprinklerisuutinta ja toinen (P2) avosuutinta. Avosuutin oli käytännössä sprinklerisuutin, josta lasiampulli oli manuaalisesti poistettu. P1 Järjestelmän P1 suuttimena oli Danfoss-Semco A/S:n valmistama suutin, malliltaan DH1: xx-57. Suutin on testattu standardiluonnokseen pren14972 sisältyvän toimistokokeen mukaisesti, ja Tanskan kansallinen palolaboratorio DIFT on myöntänyt suuttimelle sertifikaatin OH1-sprinkleriluokkaan (Certificate no PC1127). Valmistajan ilmoittama K-arvo suuttimelle on 2,745 l/min/bar 1/2. OH1-asennuksissa minimipaine suuttimella on 1 bar, jolloin minimivirtaama suutinta kohti on 27,5 l/min. Maksimisuutinväli on 3 m:n kattokorkeudella 5,5 m (suojausala 3 m 2 ) ja 6 m:n kattokorkeudella 4,7 m (suojausala 22 m 2 ). Suutin on varustettu nopeatoimisella 2 mm:n lasiampullilla, joka laukeaa 57 C:n lämpötilassa. Lasiampullien valmistaja JOB GmbH ilmoittaa F2-lasiampullin RTIarvoksi 19(ms) 1/2. Sammutussuuttimen RTI-arvo on aina kuitenkin hieman korkeampi, koska ampullia ympäröivät rakenteet vaikuttavat kaasun virtaukseen ampullin kohdalla. Tässä koesarjassa suutin asennettiin keskelle koetilan kattoa kattokorkeuden ollessa 2,5 m ja huonealan 23 m 2. Koetilan kattokorkeus huomioiden suutin asennettiin näin ollen suojaamaan pinta-alaa joka oli selkeästi alle maksimiarvon. Kokeissa järjestelmää ajettiin siten, että ennen sytytystä vesilinjaan ajettiin valmiustilan paine (standby-paine), joka oli sama kuin sammutushallin vesijohtoverkon paine (n. 4 bar). Tämän jälkeen suuttimen ja paineenkorotuspumpun välinen painekytkin asetettiin toimintavalmiuteen. Kun suuttimen lasiampulli rikkoutui, paine linjassa laski, jolloin painekytkin välittömästi käynnisti pai- 3

33 2. Koejärjestelyt neenkorotuspumpun. Pumpun yhteydessä ei ollut erillistä vesisäiliötä, joten imupuolelle asennettu virtausmittari näytti tosiaikaista sammutusveden virtaamaa kokeessa. P2 Järjestelmän P2 suuttimena oli Danfoss-Semco A/S:n DH1: xx-57, josta lasiampulli oli manuaalisesti poistettu. Tätä avosuutinversiota ei ole VTT:n tiedon mukaan testattu aiemmin millään menetelmällä. Avosuutinjärjestelmän tapauksessa suuttimen ja paineenkorotuspumpun (tai suurissa järjestelmissä suuttimien ja aluelaukaisuventtiilin) välillä ei ole painetta eikä virtaamaa, jota voisi käyttää järjestelmän laukaisussa hyväksi. Tavallisesti avosuutinjärjestelmä laukaistaan käyttäen paloilmaisimesta saatavaa signaalia. Tässä koesarjassa laukaisusignaali saatiin paloilmaisimesta, joka oli asennettu koetilan kattoon,5 m:n päähän sammutussuuttimesta, nurkkapaloon nähden vastakkaiselle puolelle suutinta. Paloilmaisin oli Hochiki ACA-E -monikriteeriilmaisin, joka on testattu standardin EN54 osien 5 ja 7 mukaisesti. Monikriteeriilmaisin sisältää kaksi tai useampia erityyppiseen herätteeseen reagoivaa anturia. Hochiki ACA-E sisältää sekä infrapunavalon vaimenemista (ts. savuntiheyttä) mittaavan anturin että lämpötila-anturin. Ilmaisun kynnysarvot oli asetettu siten, että valonvaimenemisen hälytysraja oli 3 %/m ja lämpötilan hälytysraja 4 C. Paineenkorotuspumppu käynnistyi, kun molemmat raja-arvot oli ylitetty Liikuteltava sammutusjärjestelmä (Q1) Lifetime Security Oy toimitti kokeisiin liikuteltavan Q-fog-sammutusjärjestelmän, josta tässä raportissa käytetään lyhennettä Q1. Järjestelmä on kokonaisuus, joka sisältää vesisäiliön (13 litraa), korkeapainepumpun, sammutussuuttimen (avosuutin), sekä paloilmaisimen. Q-fog-yksikkö (pl. paloilmaisin) asennetaan tyypillisesti huoneen seinustalle ja kytketään sähköpistokkeeseen. Tässä koesarjassa yksikkö asennettiin koetilan oven viereen, vastakkaiselle puolelle nurkkapaloon nähden. Sammutussuutin sijaitsi n. 2 m:n korkeudella lattiasta, ja se sumutti vaakasuorassa suunnassa kohti oveen nähden vastakkaista seinää (keittiöpalokuormaa). Paloilmaisin asennettiin keskelle koetilan kattoa. Käyttäen valmistajan ilmoittamaa suutinpainetta 125 bar, säiliön tilavuutta 13 litraa sekä säiliön tyhjenemisaikaa 15 min voidaan vesivirtaamaksi laskea 8,7 l/min, vesivuoksi koetilassa,38 l/min/m 2 ja suuttimen K-arvoksi,78 l/min/bar 1/2. 31

34 2. Koejärjestelyt Paloilmaisin oli Siemens FDOOT241-9-monikriteeri-ilmaisin. Se sisältää sekä valon siroamista (ts. savuntiheyttä) mittaavan anturin että lämpötila-anturin. Antureille voidaan asettaa useita erilaisia hälytysrajoja ja näiden yhdistelmiä, joista useimmat täyttävät standardin EN54-7 vaatimukset. Tässä kokeessa käytettiin EN54-7:n vaatimukset täyttävää ns. tasapainotettua parametrisarjaa (balanced parameter set). Savuilmaisun kynnysarvot oli asetettu siten, että valonvaimenemisen hälytysraja oli 2,3 %/m avoliekille ja 8 %/m kytevälle palolle. Lämpöilmaisuun liittyi sekä staattinen että dynaaminen kriteeri, joista vain toisen täyttyminen johti lämpöilmaisuun. Staattisena kriteerinä oli anturin lämpötilan kohoaminen 8 C:seen. Dynaaminen kriteeri perustui anturin lämmönnousunopeuteen. Ilmaisu annettiin, jos lämmönnousunopeus oli jatkuvasti yli 1 C/min siten, että kokonaislämmönnousu oli vähintään 25 C. Lämmönnousunopeuteen perustuva kriteeri oli kuitenkin mahdollinen vain, jos lämpötila oli yli 3 C Kattoon asennettavat asuntosprinklerit Uponor Suomi Oy toimitti kokeisiin tavanomaiseen kattoon asennettavaan asuntosprinkleriin perustuvan järjestelmän, josta kokeissa käytettiin kolmea erilaista versiota. Järjestelmä U1 perustui piiloasennettuun asuntosprinkleriin, järjestelmä U1_NAK näkyvään pinta-asennettuun asuntosprinkleriin ja järjestelmä U2 piiloasennettuun asuntosprinkleriin, jota operoitiin korotetulla vesivuontiheydellä. Kaikissa järjestelmissä sprinkleri oli asennettu ns. multiport-asennuskantaan, johon sprinklerivesi tuodaan neljää putkea pitkin. Kukin putki oli sisähalkaisijaltaan 12,4 mm, ja se oli valmistettu ristisilloitetusta polyetyleenistä. Toisessa päässä putket oli kytketty jakotukkiin, johon vesi tuotiin kahden tuuman paloletkua pitkin sammutushallin vesijohtoverkosta. Jakotukin ja vesiliitännän väliin oli lisäksi asennettu virtaushälytysventtiili (Reliable Residential Riser, base unit). Virtaama ja paine säädettiin käsikäyttöisellä säätöventtiilillä. Kaikissa järjestelmissä varsinainen asuntosprinkleri oli Reliable Automatic Sprinkler Companyn valmistama F1 Res 49 Pendent, tuotenumero R3516. Sprinklerin lasiampulli on 3 mm:n paksuinen, ja laukeamislämpötilaltaan 68 C. Lasiampullien valmistaja JOB GmbH ilmoittaa F3-lasiampullin RTI-arvoksi 32(ms) 1/2. 32

35 2. Koejärjestelyt U1 Järjestelmän U1 suuttimena oli Reliable Automatic Sprinkler Companyn valmistama F1 Res 49 CCP Pendent -suutin. Lyhenne CCP tulee sanoista Concealed Cover Plate, ts. peitelevy tai suojakupu. Suojakuvun tarkoituksena on tehdä sprinkleriasennus huomaamattomammaksi. Tällöin itse sprinkleri on osittain upotettu kattopinnan sisään kuitenkin siten, että sprinklerin hajottajalevy jää kattopinnan alapuolelle. Suojakupu on valmistettu ja asennettu siten, että kun sen lämpötila kohoaa 57 C:seen, suojakupu putoaa pois. Suutin on testattu menetelmän UL1626 mukaisesti siten, että suojausalan ollessa suurempi kuin 4,3 m 4,3 m (18,5 m 2 ) mutta pienempi kuin 4,9 m 4,9 m (24 m 2 ) vesivuon tulee olla vähintään 2,2 l/min/m 2. Suuttimen K-arvo on 71 l/min/bar 1/2, jolloin minimivesivuota vastaava suutinpaine on,56 bar, ja virtaama suutinta kohti 53 l/min. U2 Järjestelmän U2 suuttimena oli Reliable F1 Res 49 CCP Pendent -suutin, ts. sama suutin kuin järjestelmässä U1. Järjestelmää U2 ajettiin kuitenkin suutinpaineella 1,8 bar, joka tuotti virtaaman 94,3 l/min ja vesivuon 4,8 l/min/m 2, kun suojausalaksi otetaan koetilan lattiapinta-ala. Todettakoon, että UL1626:n mukaisen testauksen tuloksena saatu suurin listattu suojausala 6,1 m 6,1 m (37 m 2 ) saavutettiin suutinpaineella 1,14 bar. Syy korotetun vesivuon valintaan oli standardiluonnos INSTA-9-1-Part1, jota tämän raportin kirjoitushetkellä tarkastellaan Suomessa standardin CEA41:27-6(fi) liitteen O mahdollisena korvaajana. Tämä jälkimmäinen, yksinkertaisesti O-liitteenä tunnettu suunnitteluohje edellyttää henkilöturvallisuutta parantavilta automaattisilta sammutusjärjestelmiltä vesivuota 2,25 l/min/m 2. Ehdotetussa INSTA-suunnitteluohjeessa vaadittava vesivuo riippuu rakennustyypistä siten, että tyypin 1 rakennuksissa (oleellisesti NFPA 13D-standardin soveltamisala) ja tyypin 2 rakennuksissa (oleellisesti NFPA 13R-standardin soveltamisala) pienin vesivuontiheys on 2,5 l/min/m 2. Sen sijaan tyypin 3 rakennuksissa, joita Suomessa ovat kaikki turvallisuusselvitysmenettelyyn kuuluvat kohteet, pienin vesivuontiheys on 4,8 l/min/m 2. 33

36 2. Koejärjestelyt U1_NAK Järjestelmän U1_NAK suuttimena oli F1 Res 49 Pendent, joka oli asennettu kattoon siten, että vain liittimen kierteet olivat kokonaisuudessaan kattopinnan yläpuolella. Suutin on testattu menetelmän UL1626 mukaisesti siten, että suojausalan ollessa pienempi kuin 4,9 m 4,9 m (24 m 2 ), vesivuon tulee olla vähintään 2,5 l/min/m 2. Suuttimen K-arvo on 71 l/min/bar 1/2, jolloin minimivesivuota vastaava suutinpaine on,48 bar ja virtaama suutinta kohti 49 l/min. 2.6 Kokeiden suoritus Ennen kunkin kokeen alkua kokeessa käytetty palokuorma valmisteltiin ja sijoitettiin koehuoneeseen. Sammutusjärjestelmätoimittajien edustajat asensivat sekä saattoivat käyttökuntoon kunkin käytetyn sammutusjärjestelmän ennen koetta. Hyvissä ajoin (n. 5 min) ennen sytytyshetkeä käynnistettiin tiedonkeruut (lämpötila- ja kaasumittaukset) sekä videokamerat. Sytytyksen jälkeen palon annettiin kehittyä vapaasti. Sammutusjärjestelmän lauettua koetta jatkettiin vielä 15 min, jonka jälkeen palo sammutettiin (tarvittaessa) manuaalisesti. Koehuone dokumentoitiin valokuvaamalla ennen koetta sekä kokeen jälkeen. Kokeen jälkeisen dokumentoinnin päätyttyä palokuorma purettiin koehuoneesta. Kokeen kulusta tehtiin videokuvauksen sekä lämpötila- ja kaasumittausten lisäksi silmämääräisiä havaintoja koko kokeen ajan. 34

37 3. Tulokset 3. Tulokset 3.1 Tulosten esitystapa Pääosa polttokokeissa mitatuista kaasunlämpötila-arvoista, kaasupitoisuuksista ja savun määrää kuvaavista vaimennuskerroin- sekä näkyvyysarvoista esitetään liitteissä. Omina liitteinään esitetään myös kaasupitoisuuksista lasketut COkertymä ja FED-arvot. Tässä yhteydessä luvussa 3 esitetään kunkin mitatun suuren osalta edustavimmat kuvaajat, joista voidaan suoraan mm. nähdä ero vapaiden polttojen ja sammutuskokeiden välillä. Kuvaajien selitteiden koodimerkistö koostuu polttokoetta kuvaavasta osasta (K = keittiökokeet, N = nurkkakokeet, S = sohvakokeet) ja varsinaista järjestelmää kuvaavista osista, jotka on esitetty aiemmin kohdassa 2.5. Vapaissa poltoissa järjestelmän kohdalla käytetään merkintää V. Nurkkakokeissa käytetään lisäksi lisämerkintää SF, jolla kuvataan käytetyn vanerin ja vaahtomuovin materiaaliominaisuuksia (kohta 2.3). Kuvaajien nollakohtana käytetään N- ja S-kokeissa sytytyshetkeä, kun taas K- kokeissa sytytyshetken lisäksi tulokset on esitetty myös öljyn syttymishetken mukaan. Tämä sen vuoksi, että K-kokeissa havaittiin öljyn syttymisajan vaihtelua. Tuloksia esitettäessä on kuvaajissa esitetty syttymisajasta järjestelmän laukeamiseen kuluva aika yhtenäisillä viivoilla ja tästä eteenpäin oleva ajanjakso (kun sammutusjärjestelmä on lauennut) katkoviivoilla. Vapaan polton kuvaajat esitetään punaisella yhtenäisellä viivalla. Polttokokeiden videotallenteista otettuja kuvia juuri ennen kunkin järjestelmän laukeamista esitetään liitteessä F. 35

38 3. Tulokset 3.2 Lämpötilat Polttokokeissa mitatut lämpötilat esitetään pääosin liitteessä A. Tässä yhteydessä luvun 3 lämpötilatulokset esitetään koehuoneen osalta palon yläpuolelta (joko nurkkapalo, keittiökaapisto tai sohvapatjat) ja pään korkeudelta 1,8 m korkeudelta takimmaisesta TE-puusta Nurkkapalokoe Kuvassa 1a esitetään lämpötilat nurkkapalon yläpuolelta. Vapaassa kokeessa (punainen viiva) lämpötila nousee 2 3 min kuluessa hyvinkin korkealle ja aiheuttaa tilan lieskahduksen. NSFU1-kokeessa piilosuuttimen hitaampi reagoiminen näkyy korkeissa kaasunlämpötiloissa palon yläpuolella. Tarkasteltaessa tilannetta hieman kauempana palosta (kuva 1b) havaitaan, että sammutuskokeiden lämpötilat pysyvät n. 1 C:n rajan alapuolella. a) b) Lämpötila [ C] T2 (kaasun lämpötila nurkassa palon yläpuolella) Aika sytytyksestä [min] NSFF1 NSFF2 NSFP1 NSFP2 NSFQ1 NSFU1 NSFU1_NAK NSFU2 NSFV Lämpötila [ C] T11 (kaasun lämpötila koehuoneessa korkeudella 1,8 m, takimmainen termoelementtipuu) Aika sytytyksestä [min] NSFF1 NSFF2 NSFP1 NSFP2 NSFQ1 NSFU1 NSFU1_NAK NSFU2 NSFV Kuva 1. Lämpötilakuvaajat nurkkapalokokeissa a) palon yläpuolella ja b) 1,8 m:n korkeudella takimmaisessa TE-puussa Keittiöpalokoe Keittiöpalokokeissa kaapiston yläpuolelta mitatut sammutuskokeiden lämpötilat ovat ensimmäisen 5 min aikana samaa suuruusluokkaa kuin vapaassa polttokokeessa (kuva 11a). Tämä johtuu keittiökaapiston sammutuksen kannalta hankalasta geometriasta, jossa palo levisi keskimmäisen kaapin sisäpuolelle. Lämpötilat laskevat alle 5 C:n mentäessä kauemmaksi palosta (kuva 11b). 36

39 3. Tulokset Lämpötila [ C] a) T3 (kaasun lämpötila keittiökaapiston yläpuolella) 1 KF1 8 KF2 KP1 6 KP2 KQ1 4 KU1 2 KV Lämpötila [ C] b) T11 (kaasun lämpötila koehuoneessa korkeudella 1,8 m, takimmainen termoelementtipuu) KF1 KF2 KP1 KP2 KQ1 KU1 KV Aika öljyn syttymisestä [min] Aika öljyn syttymisestä [min] Kuva 11. Lämpötilakuvaajat keittiöpalokokeissa a) palon yläpuolella ja b) 1,8 m:n korkeudella takimmaisessa TE-puussa Sohvapalokoe Kuvassa 12 havaitaan osin samanlainen lämpötilakäytös kuin edellisessä kuvassa 1. Palon yläpuolella sammutuskokeiden lämpötilat vaeltavat korkeimmillaan n. 2 4 C välillä. Ero on kuitenkin merkittävä verrattaessa lämpötilatuloksia vapaaseen polttoon. a) b) Lämpötila [ C] T4 (kaasun lämpötila sohvan yläpuolella) Aika sytytyksestä [min] SF1 SF2 SP1 SP2 SQ1 SU1 SV Lämpötila [ C] T11 (kaasun lämpötila koehuoneessa korkeudella 1,8 m, takimmainen termoelementtipuu) Aika sytytyksestä [min] SF1 SF2 SP1 SP2 SQ1 SU1 SV Kuva 12. Lämpötilakuvaajat sohvapalokokeissa a) palon yläpuolella ja b) 1,8 m:n korkeudella takimmaisessa TE-puussa. 37

40 3. Tulokset 3.3 Kaasupitoisuudet Kaasukomponenttien CO 2 -, CO- ja O 2 -pitoisuudet esitetään liitteessä B. COarvoista lasketut CO-kertymätulokset esitetään liitteessä C. 3.4 Kaasupitoisuuksista lasketut FED-arvot Palosta syntyvien myrkyllisten kaasujen aiheuttamaa haitallista olosuhdetta kuvaavan FED-arvon laskennassa käytettiin kaikkia mitattuja CO 2 -, CO-, O 2 - ja HCN-yhdisteitä. Koehuoneessa ylimpänä olleessa kaasumittauspisteessä ei mitattu HCN-yhdistettä. FED-tuloksissa CO-yhdisteen merkitys koko FED-arvoon on suurin, n %. Poistumisen kannalta olosuhteet ovat haitalliset ihmisille silloin, kun FED =,3 ja lamaantumisen voidaan olettaa tapahtuvan (puolelle altistuneista), kun FED = 1,. Seuraavassa esitetään FED-arvot polttokokeittain koehuoneen sisältä ylimmästä mittauspisteestä (h = 1,8 m). Kuhunkin kuvaan on piirretty vaakaviiva arvon FED =,3 kohdalle. FED-arvon laskenta on aloitettu sytytyshetkestä (ensimmäinen hetki, kun haitallisia yhdisteitä voi syntyä). Koehuoneen alimman mittauspisteen ja käytävän mittauspisteen FED-arvot esitetään liitteessä D Nurkkapalokokeet Kuvassa 13 esitetään nurkkapalokokeen kaasumittauksista lasketut FED-arvot. Tuloksista havaitaan, että vapaapolttokokeessa (punainen yhtenäinen viiva NSFV ) FED-arvot kasvavat jyrkästi jo ensimmäisen 2 min aikana kohti raja-arvoa FED =,3 (punainen katkoviiva), joka olisi hyvin todennäköisesti ylittynyt ensimmäisen 4 min aikana. Sammutuskokeissa raja-arvo ylittyy ainoastaan yhdessä kokeessa n. 1 min kuluessa sytytyksestä. 38

41 3. Tulokset 1. FED [ ] h = 1.8 m Aika sytytyksestä [min] NSFF1 NSFF2 NSFP1 NSFP2 NSFQ1 NSFU1 NSFU1_nak NSFU2 NSFV Kuva 13. Nurkkapalokokeiden kaasumittauksista lasketut FED-arvot koehuoneen sisällä 1,8 m:n korkeudella Keittiöpalokokeet Kuvassa 14 esitetään keittiöpalokokeiden FED-tulokset koehuoneesta. Kuvassa 14a tarkastelun nollahetki on öljyn syttyminen ja kuvassa 14b varsinainen kokeen aloitushetki (polttimen sytytys). Öljyn syttymisen jälkeenkin olosuhteet koehuoneessa ovat FED-raja-arvoon nähden hyvät ensimmäisen 7 min ajan. Varsinaisesta kokeen aloituksesta (polttimen sytytyksestä) aikaa on n. 15 min kunnes ensimmäinen FED =,3 arvo ylittyy. Vapaapolttokokeen kuvaajista ( KV ) nähdään, kuinka palon kehittyessä myös FED-arvon kasvu kiihtyy. a) b) FED [ ] KF1.1 KF2 KP1 KP2.1 KU1 KV h = 1.8 m Aika öljyn syttymisestä [min] FED [ ] h = 1.8 m Aika polttimen syttymisestä [min] KF1 KF2 KP1 KP2 KQ1 KU1 KV Kuva 14. Keittiöpalokokeiden kaasumittauksista lasketut FED-arvot koehuoneen sisällä 1,8 m korkeudella. Kokeessa KQ1 järjestelmä laukesi ennen öljyn syttymistä, joten KQ1- tuloksia ei ole kuvassa a. 39